Istraživači sa Univerziteta u Bajrojtu i Univerziteta Hajnrih Hajne u Dizeldorfu opisali su ranije nepoznat mehanizam u percepciji svetlosti i toplote u biljkama. Rezultati doprinose boljem razumevanju fizioloških procesa biljaka. Nalazi su objavljeni u časopisu The Plant Cell.
Biljke mogu da percipiraju svetlost i toplotu preko takozvanih fitohroma i koriste ove pigmente za pokretanje vitalnih reakcija kao što je rast. Klimatske promene i stalno rastuće temperature mogu poremetiti metabolizam biljaka, što usporava rast i može dovesti do smrti biljaka — uključujući useve.
U tom kontekstu, razumevanje molekularne osnove mehanizama koji kontrolišu percepciju svetlosti i toplote u biljkama je od suštinskog značaja. Rezultati takođe mogu dovesti do napretka u kontroli ćelijske aktivnosti pomoću svetlosti (optogenetika), u biotehnologiji i u osnovnim istraživanjima.
Biljke se moraju stalno prilagođavati različitim uslovima životne sredine, kao što su različite temperature i svetlosni uslovi tokom dana. Ovi stimulansi se percipiraju na molekularnom nivou preko fitohroma, koji menjaju svoja stanja kada se promeni temperatura ili talasna dužina. Oni stupaju u interakciju sa drugim proteinima kao što su faktori interakcije sa fitohromom (PIF), koji pokreću fiziološke odgovore na stimuluse, kao što je rast.
Fitohromi reaguju na crveno svetlo: u mraku, fitohromi su u neaktivnom Pr stanju; kada se ozrače crvenom svetlošću, oni se pretvaraju u aktivno Pfr stanje. Ova promena stanja se može preokrenuti promenom temperature ili zračenjem daleko crvenom svetlošću između 710 i 740 nm talasne dužine. Ova reakcija ilustruje dvostruku funkciju fitohroma u percepciji toplote i svetlosti, odnosno kao termoreceptora i fotoreceptora.
Centralna komponenta termorecepcije fitohroma B talijskog kresa (Arabidopsis thaliana) je izražena temperaturna zavisnost prelaska iz stanja Pfr u stanje Pr. Ova konverzija se ubrzava više od deset puta na temperaturama između 4°C i 27°C. Međutim, ranije nije bilo poznato u kojoj meri interakcija između fitohroma B i različitih PIF-ova može doprineti termorecepciji biljaka.
Tu su ušli prof. dr Andreas Moglich i doktorand Chengvei Ii iz radne grupe za fotobiohemiju Univerziteta u Bajrojtu. Zajedno sa istraživačima sa Univerziteta Hajnrih Hajne u Dizeldorfu, istraživali su brzinu formiranja i rastvaranja kompleksa fitohroma B i različiti PIF-ovi pod crvenim i daleko crvenim svetlom i na različitim temperaturama. Rastvaranje kompleksa se višestruko ubrzalo između 15°C i 30°C, dok se to nije odnosilo na formiranje kompleksa.
Kada su istraživali interakciju između fitohroma i PIF-a pod crvenim svetlom, istraživači su naišli na neočekivani efekat: pod jakim kontinuiranim svetlom, stepen formiranja kompleksa se smanjio sa intenzitetom crvenog svetla umesto da se povećao kako se očekivalo. Razlog za to je brza dvosmerna konverzija između Pr i Pfr stanja vođena crvenim svetlom.
„Fitohromi biljaka stoga mogu da konvertuju različite intenzitete crvenog svetla i temperature u fiziološke reakcije preko dodatnog, ranije nepoznatog i stoga neistraženog molekularnog mehanizma“, kaže Chengvei Ii, prvi autor studije.
Rezultati omogućavaju napredak u upotrebi biljnih fitohroma u biotehnologiji, na primer, za preciznu kontrolu aktivacije gena za proizvodnju proteina. Oni takođe utiču na percepciju i integraciju svetlosnih i temperaturnih signala u biljkama.
